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Anima Mundi Anima Mundi

为图像添加边框

本教程中你将学到如何：

  • 使用 OpenCV 函数 copyMakeBorder() 来设置边框（为图像添加额外的填充）。

理论

Section titled “理论”

注： 下面的解释出自 Bradski 和 Kaehler 所著的 Learning OpenCV 一书。

  1. 在之前的教程中，我们学习了使用卷积对图像进行操作。一个自然产生的问题是如何处理边界：当被计算的点位于图像边缘时，我们如何进行卷积？

  2. 大多数 OpenCV 函数的做法是：把给定图像复制到另一幅稍大的图像上，然后自动对边界进行填充（使用下面示例代码中介绍的任意一种方法）。这样，卷积就可以顺利地在所需的像素上执行（操作完成后，多余的填充会被裁掉）。

  3. 在本教程中，我们将简要探讨为图像定义额外填充（边框）的两种方式：

    1. BORDER_CONSTANT：用一个常量值填充图像边框（例如黑色或 00）。
    2. BORDER_REPLICATE：把原图最边缘的行或列复制到额外的边框中。

    这在代码部分会看得更清楚。

  • 这个程序做什么？

    • 加载一幅图像

    • 让用户选择在输入图像上使用哪种填充方式。有两个选项：

      1. *常量值边框*：对整个边框应用一个常量值填充。该值每 0.5 秒随机更新一次。
      2. *复制边框*：边框将从原图边缘的像素值复制而来。
      

      用户通过按 `c`（constant）或 `r`（replicate）来选择任一选项。

    • 当用户按下 ESC 时程序结束。

代码

Section titled “代码”

教程代码如下所示。

C++

你也可以从此处下载。

#include "opencv2/imgproc.hpp"
#include "opencv2/imgcodecs.hpp"
#include "opencv2/highgui.hpp"


using namespace cv;


// Declare the variables
Mat src, dst;
int top, bottom, left, right;
int borderType = BORDER_CONSTANT;
const char* window_name = "copyMakeBorder Demo";
RNG rng(12345);


int main( int argc, char** argv )
{
    const char* imageName = argc >=2 ? argv[1] : "lena.jpg";


    // Loads an image
    src = imread( samples::findFile( imageName ), IMREAD_COLOR ); // Load an image


    // Check if image is loaded fine
    if( src.empty()) {
        printf(" Error opening image\n");
        printf(" Program Arguments: [image_name -- default lena.jpg] \n");
        return -1;
    }


    // Brief how-to for this program
    printf( "\n \t copyMakeBorder Demo: \n" );
    printf( "\t -------------------- \n" );
    printf( " ** Press 'c' to set the border to a random constant value \n");
    printf( " ** Press 'r' to set the border to be replicated \n");
    printf( " ** Press 'ESC' to exit the program \n");


    namedWindow( window_name, WINDOW_AUTOSIZE );


    // Initialize arguments for the filter
    top = (int) (0.05*src.rows); bottom = top;
    left = (int) (0.05*src.cols); right = left;


    for(;;)
    {
        Scalar value( rng.uniform(0, 255), rng.uniform(0, 255), rng.uniform(0, 255) );


        copyMakeBorder( src, dst, top, bottom, left, right, borderType, value );


        imshow( window_name, dst );


        char c = (char)waitKey(500);
        if( c == 27 )
        { break; }
        else if( c == 'c' )
        { borderType = BORDER_CONSTANT; }
        else if( c == 'r' )
        { borderType = BORDER_REPLICATE; }
    }


    return 0;
}

Java

你也可以从此处下载。

import org.opencv.core.*;
import org.opencv.highgui.HighGui;
import org.opencv.imgcodecs.Imgcodecs;


import java.util.Random;


class CopyMakeBorderRun {


    public void run(String[] args) {


        // Declare the variables
        Mat src, dst = new Mat();
        int top, bottom, left, right;
        int borderType = Core.BORDER_CONSTANT;
        String window_name = "copyMakeBorder Demo";
        Random rng;


        String imageName = ((args.length > 0) ? args[0] : "../data/lena.jpg");


        // Load an image
        src = Imgcodecs.imread(imageName, Imgcodecs.IMREAD_COLOR);


        // Check if image is loaded fine
        if( src.empty() ) {
            System.out.println("Error opening image!");
            System.out.println("Program Arguments: [image_name -- default ../data/lena.jpg] \n");
            System.exit(-1);
        }


        // Brief how-to for this program
        System.out.println("\n" +
                "\t copyMakeBorder Demo: \n" +
                "\t -------------------- \n" +
                " ** Press 'c' to set the border to a random constant value \n" +
                " ** Press 'r' to set the border to be replicated \n" +
                " ** Press 'ESC' to exit the program \n");


        HighGui.namedWindow( window_name, HighGui.WINDOW_AUTOSIZE );


        // Initialize arguments for the filter
        top = (int) (0.05*src.rows()); bottom = top;
        left = (int) (0.05*src.cols()); right = left;


        while( true ) {
            rng = new Random();
            Scalar value = new Scalar( rng.nextInt(256),
                    rng.nextInt(256), rng.nextInt(256) );


            Core.copyMakeBorder( src, dst, top, bottom, left, right, borderType, value);
            HighGui.imshow( window_name, dst );


            char c = (char) HighGui.waitKey(500);
            c = Character.toLowerCase(c);


            if( c == 27 )
            { break; }
            else if( c == 'c' )
            { borderType = Core.BORDER_CONSTANT;}
            else if( c == 'r' )
            { borderType = Core.BORDER_REPLICATE;}
        }


        System.exit(0);
    }
}


public class CopyMakeBorder {
    public static void main(String[] args) {
        // Load the native library.
        System.loadLibrary(Core.NATIVE_LIBRARY_NAME);
        new CopyMakeBorderRun().run(args);
    }
}

Python

你也可以从此处下载。

import sys
from random import randint
import cv2 as cv




def main(argv):
    # First we declare the variables we are going to use
    borderType = cv.BORDER_CONSTANT
    window_name = "copyMakeBorder Demo"


    imageName = argv[0] if len(argv) > 0 else 'lena.jpg'


    # Loads an image
    src = cv.imread(cv.samples.findFile(imageName), cv.IMREAD_COLOR)


    # Check if image is loaded fine
    if src is None:
        print ('Error opening image!')
        print ('Usage: copy_make_border.py [image_name -- default lena.jpg] \n')
        return -1


    # Brief how-to for this program
    print ('\n'
           '\t   copyMakeBorder Demo: \n'
           '  -------------------- \n'
           ' ** Press \'c\' to set the border to a random constant value \n'
           ' ** Press \'r\' to set the border to be replicated \n'
           ' ** Press \'ESC\' to exit the program ')


    cv.namedWindow(window_name, cv.WINDOW_AUTOSIZE)


    # Initialize arguments for the filter
    top = int(0.05 * src.shape[0])  # shape[0] = rows
    bottom = top
    left = int(0.05 * src.shape[1])  # shape[1] = cols
    right = left


    while 1:
        value = [randint(0, 255), randint(0, 255), randint(0, 255)]


        dst = cv.copyMakeBorder(src, top, bottom, left, right, borderType, None, value)


        cv.imshow(window_name, dst)


        c = cv.waitKey(500)


        if c == 27:
            break
        elif c == 99: # 99 = ord('c')
            borderType = cv.BORDER_CONSTANT
        elif c == 114: # 114 = ord('r')
            borderType = cv.BORDER_REPLICATE
    return 0




if __name__ == "__main__":
    main(sys.argv[1:])

说明

Section titled “说明”

声明变量

Section titled “声明变量”

首先我们声明要用到的变量：

C++

// Declare the variables
Mat src, dst;
int top, bottom, left, right;
int borderType = BORDER_CONSTANT;
const char* window_name = "copyMakeBorder Demo";
RNG rng(12345);

Java

// Declare the variables
Mat src, dst = new Mat();
int top, bottom, left, right;
int borderType = Core.BORDER_CONSTANT;
String window_name = "copyMakeBorder Demo";
Random rng;

Python

borderType = cv.BORDER_CONSTANT
window_name = "copyMakeBorder Demo"

特别值得注意的是变量 rng，它是一个随机数生成器。我们用它生成随机的边框颜色，稍后就会看到。

加载图像

Section titled “加载图像”

像往常一样，我们加载源图像 src：

C++

const char* imageName = argc >=2 ? argv[1] : "lena.jpg";


// Loads an image
src = imread( samples::findFile( imageName ), IMREAD_COLOR ); // Load an image


// Check if image is loaded fine
if( src.empty()) {
    printf(" Error opening image\n");
    printf(" Program Arguments: [image_name -- default lena.jpg] \n");
    return -1;
}

Java

String imageName = ((args.length > 0) ? args[0] : "../data/lena.jpg");


// Load an image
src = Imgcodecs.imread(imageName, Imgcodecs.IMREAD_COLOR);


// Check if image is loaded fine
if( src.empty() ) {
    System.out.println("Error opening image!");
    System.out.println("Program Arguments: [image_name -- default ../data/lena.jpg] \n");
    System.exit(-1);
}

Python

imageName = argv[0] if len(argv) > 0 else 'lena.jpg'


# Loads an image
src = cv.imread(cv.samples.findFile(imageName), cv.IMREAD_COLOR)


# Check if image is loaded fine
if src is None:
    print ('Error opening image!')
    print ('Usage: copy_make_border.py [image_name -- default lena.jpg] \n')
    return -1

创建窗口

Section titled “创建窗口”

在简短介绍如何使用本程序之后，我们创建一个窗口：

C++

namedWindow( window_name, WINDOW_AUTOSIZE );

Java

HighGui.namedWindow( window_name, HighGui.WINDOW_AUTOSIZE );

Python

cv.namedWindow(window_name, cv.WINDOW_AUTOSIZE)

初始化参数

Section titled “初始化参数”

现在我们初始化定义边框大小的参数（top、bottom、left 和 right）。我们把它们设为 src 尺寸的 5%：

C++

// Initialize arguments for the filter
top = (int) (0.05*src.rows); bottom = top;
left = (int) (0.05*src.cols); right = left;

Java

// Initialize arguments for the filter
top = (int) (0.05*src.rows()); bottom = top;
left = (int) (0.05*src.cols()); right = left;

Python

# Initialize arguments for the filter
top = int(0.05 * src.shape[0])  # shape[0] = rows
bottom = top
left = int(0.05 * src.shape[1])  # shape[1] = cols
right = left

循环

Section titled “循环”

程序在一个无限循环中运行，直到按下 ESC 键。如果用户按下 c 或 r，borderType 变量将分别取 BORDER_CONSTANT 或 BORDER_REPLICATE 的值：

C++

char c = (char)waitKey(500);
if( c == 27 )
{ break; }
else if( c == 'c' )
{ borderType = BORDER_CONSTANT; }
else if( c == 'r' )
{ borderType = BORDER_REPLICATE; }

Java

char c = (char) HighGui.waitKey(500);
c = Character.toLowerCase(c);


if( c == 27 )
{ break; }
else if( c == 'c' )
{ borderType = Core.BORDER_CONSTANT;}
else if( c == 'r' )
{ borderType = Core.BORDER_REPLICATE;}

Python

c = cv.waitKey(500)


if c == 27:
    break
elif c == 99: # 99 = ord('c')
    borderType = cv.BORDER_CONSTANT
elif c == 114: # 114 = ord('r')
    borderType = cv.BORDER_REPLICATE

随机颜色

Section titled “随机颜色”

每次迭代（每 0.5 秒），随机边框颜色（value）都会被更新：

C++

Scalar value( rng.uniform(0, 255), rng.uniform(0, 255), rng.uniform(0, 255) );

Java

rng = new Random();
Scalar value = new Scalar( rng.nextInt(256),
        rng.nextInt(256), rng.nextInt(256) );

Python

value = [randint(0, 255), randint(0, 255), randint(0, 255)]

这个值是在 [0,255][0, 255] 范围内随机选取的三个数。

在图像周围生成边框

Section titled “在图像周围生成边框”

最后，我们调用函数 copyMakeBorder() 来应用相应的填充：

C++

copyMakeBorder( src, dst, top, bottom, left, right, borderType, value );

Java

Core.copyMakeBorder( src, dst, top, bottom, left, right, borderType, value);

Python

dst = cv.copyMakeBorder(src, top, bottom, left, right, borderType, None, value)

  • 各参数为：

    1. src：源图像
    2. dst：目标图像
    3. top、bottom、left、right：图像各侧边框的像素长度。我们把它们定义为原图尺寸的 5%。
    4. borderType：定义应用哪种类型的边框。本例中可以是 constant 或 replicate。
    5. value：如果 borderType 是 BORDER_CONSTANT，这就是用于填充边框像素的值。

显示结果

Section titled “显示结果”

我们在先前创建的窗口中显示输出图像：

C++

imshow( window_name, dst );

Java

HighGui.imshow( window_name, dst );

Python

cv.imshow(window_name, dst)

CopyMakeBorder_Tutorial_Results.jpg

结果

Section titled “结果”

  1. 编译上面的代码后，你可以以图像路径为参数运行它。结果应当是：

    • 默认情况下，程序以 BORDER_CONSTANT 边框开始。因此，你会看到一系列随机颜色的边框。
    • 如果你按 r，边框将变成边缘像素的复制。
    • 如果你按 c，随机颜色边框会再次出现。
    • 如果你按 ESC，程序将退出。